特許 7511866 金属拡張アンカー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-28

(45)【発行日】2024-07-08

(54)【発明の名称】金属拡張アンカー

(51)【国際特許分類】

   E04B 1/41 20060101AFI20240701BHJP

   F16B 13/06 20060101ALI20240701BHJP

【ＦＩ】

E04B1/41 503Z

F16B13/06 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2020052444

(22)【出願日】2020-03-24

(65)【公開番号】P2021152254

(43)【公開日】2021-09-30

【審査請求日】2023-03-09

(73)【特許権者】

【識別番号】506162828

【氏名又は名称】ＦＳテクニカル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001623

【氏名又は名称】弁理士法人真菱国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】藤田 正吾

【審査官】須永 聡

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１８３４７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０４Ｂ １／３８－１／６１

Ｅ０４Ｇ ２３／００－２３／０８

Ｆ１６Ｂ １３／００－１３／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コンクリート躯体に穿孔した下穴に定着される金属拡張アンカーであって、
基端部において固定対象物が支持固定されるアンカーボルトと、
前記アンカーボルトの先端部に設けられ、前記下穴の奥部において前記アンカーボルトを前記コンクリート躯体に定着させる定着機構部と、
前記下穴の開口部側において、前記アンカーボルトを下穴に接着する接着剤と、を備え、
前記接着剤は、前記下穴の開口部側の一部に充填され、前記アンカーボルトに許容引張り強度を越える荷重が作用したときに前記コンクリート躯体の表面にきのこ状の破壊を生じさせるものであることを特徴とする金属拡張アンカー。

【請求項2】

前記アンカーボルトの呼び径をＤとしたときに、前記接着剤の軸方向寸法が１Ｄ～３Ｄであることを特徴とする請求項1に記載の金属拡張アンカー。

【請求項3】

前記許容引張り強度が、前記アンカーボルトにおける降伏点強度の２０～１００％であることを特徴とする請求項１または２に記載の金属拡張アンカー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンクリート躯体に定着される、あと施工アンカーにおける金属拡張アンカーに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の金属拡張アンカーとして、コンクリート基部等の基台に形成された前ボアおよび拡大ボアから成る固定ボアに固定されることで、基台に工作物を固着させるための合くぎが知られている（特許文献１参照）。
この合くぎは、ボルト頭部を有する固定ボルトと、固定ボルトの先端部に螺合した係止部品と、固定ボルトが挿通する間隙スリーブ、スリーブ部品および係合部品と、を備えている。係止部品は、固定ボルトに螺合する先端部材と、周回溝を存して先端部材に連なる４分割のロック要素と、を有している。４つのロック要素の端部には、先端部が円錐状に先細りになった係合部品が接触している。
ボルト頭部に添設した座金を介して間隙スリーブを打ち込むと、スリーブ部品を介して係合部品が軸方向に前進し、４つのロック要素を押し広げる。これにより、４つのロック要素は、周回溝を中心に外方に向かって、すなわち拡大ボアに向かって揺動する。次に、固定ボルトを回転させて係止部品を引き付けるようにすると、４つのロック要素は、拡大ボアの背向面に突き当たってロックされる一方、スリーブ部品がつぶれるように変形し、固定ボルトにより工作物が基台上に固定圧着される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特表昭６０－５００９６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような、従来の合くぎ（金属拡張アンカー）では、拡大ボアが精度良く形成され、且つ合くぎの有効埋込み深さが十分に執れる場合には、合くぎの引張り耐力は、コンクリート等のコーン状破壊により決まる耐力ではなく、合くぎ自体の引張り耐力で決まる。すなわち、合くぎの引張り耐力は、固定ボルトの降伏点強度に基づいて、決定されることとなる。具体的には、固定ボルトの降伏点強度の数十％を許容引張り強度とし、この許容引張り強度に基づいて設計が為される。
かかる場合において、地震等により、工作物を介して固定ボルトに破壊には至らないが、想定を越える荷重、すなわち許容引張り強度を越える荷重が作用した場合、固定ボルトに何らかの支障が生ずる可能性があり、また点検・管理上、このような荷重の原因を究明しておく必要がある。しかし、従来の合くぎでは、上記のような固定ボルトに許容引張り強度を越える荷重が作用しても、この履歴を合くぎの外観等から知ることはできなかった。

【0005】

ところで、あと施工アンカーは、金属拡張アンカーと接着系アンカーに大別される。金属拡張アンカーの引張り耐力は、拡張部のクサビ効果に依存し、接着系アンカーの引張り耐力は、接着剤の固着力（せん断）に依存する。このため、金属拡張アンカーの埋込み深さに対し、接着系アンカーの埋込み深さは、十分に深いものとなる。この深い埋込み深さに起因して、接着系アンカーの破壊では、コンクリート躯体のコーン状破壊によらず、躯体表面のきのこ状の破壊（以下、「キノコ状破壊」という。）とその後のアンカーボルトの抜けという、特殊な破壊形態となることが知られている。
このキノコ状破壊は、アンカーボルトに大きな引張り荷重が作用したときに、その荷重は、深さ方向の全域において接着剤に作用するのではなく、アンカーボルトの伸びに起因して、躯体表面の浅い部分において接着剤に集中的に作用することによるものと考えられる。また、キノコ状破壊が生ずると、アンカーボルトの埋込み深さが不足し、アンカーボルトの抜けが生ずるものと考えられる。

【0006】

本発明は、接着系アンカーに特有のキノコ状破壊に着目して為されたものであり、アンカーボルトに想定を越える荷重が作用したときに、これを視認可能に検知することができる金属拡張アンカーを提供することを課題としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の金属拡張アンカーは、コンクリート躯体に穿孔した下穴に定着される金属拡張アンカーであって、基端部において固定対象物が支持固定されるアンカーボルトと、アンカーボルトの先端部に設けられ、下穴の奥部においてアンカーボルトをコンクリート躯体に定着させる定着機構部と、下穴の開口部側において、アンカーボルトを下穴に接着する接着剤と、を備え、接着剤は、下穴の開口部側の一部に充填され、アンカーボルトに許容引張り強度を越える荷重が作用したときに、コンクリート躯体の表面にきのこ状の破壊を生じさせるものであることを特徴とする。

【0008】

この構成によれば、アンカーボルトは、定着機構部を介して下穴の奥部に定着され、且つ接着剤を介して下穴の開口部側に接着されており、接着剤は、アンカーボルトに許容引張り強度を越える荷重が作用したときに、コンクリート躯体の表面にキノコ状破壊を生じさせる。したがって、アンカーボルトに許容引張り強度を越える荷重が作用すると、コンクリート躯体の表面にキノコ状破壊の発生を意味するひび割れが生ずる。すなわち、アンカーボルトを中心にコンクリート躯体の表面に生ずる略円形のひび割れにより、アンカーボルトに許容引張り強度を越える荷重が作用したことを、視覚を通じて検知（確認）することができる。

【0009】

この場合、アンカーボルトの呼び径をＤとしたときに、接着剤の軸方向寸法が１Ｄ～３Ｄであることが好ましい。

【0010】

この構成によれば、コンクリート躯体のコンクリート密度や、アンカーボルトの呼び径に応じて、キノコ状破壊に至る接着剤の軸方向寸法（接着面積）を、適宜調整することができる。

【0011】

また、許容引張り強度が、アンカーボルトにおける降伏点強度の２０～１００％であることが好ましい。

【0012】

この構成によれば、金属拡張アンカー（の引張り耐力）は、アンカーボルトの降伏点強度を踏まえて設定された許容引張り強度（耐力）に基づいて設計される。このため、接着剤の軸方向寸法も、この許容引張り強度に基づいて決定される。したがって、キノコ状破壊が生じた場合には、アンカーリングに不具合（完全破壊等）が生ずる前に、固定対象物の再確認や金属拡張アンカーの再施工等の、適切な対応策を執ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施形態に係る金属拡張アンカーの施工状態の構造図である。

【図2】キノコ状破壊が生じた状態の金属拡張アンカー廻りの平面図（ａ）、および断面図（ｂ）である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付の図面を参照して、本発明の一実施形態に係る金属拡張アンカーについて説明する。この金属拡張アンカーは、いわゆる「あと施工アンカー」であり、コンクリート躯体に穿孔した下穴（アンカー穴）に打ち込まれる。また、この金属拡張アンカーは、主体を為すアンカーボルトに想定を越える引張り荷重が作用したときに、これを視認可能に検知する機能を有している。

【0015】

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係る金属拡張アンカーの施工状態の構造図である。同図に示すように、コンクリート躯体Ｃには、奥部に拡径部ＡＨａを形成したアンカー穴ＡＨ（下穴）が穿孔されており、金属拡張アンカー１０は、このアンカー穴ＡＨに打ち込まれるようにして定着されている。アンカー穴ＡＨ（コンクリート躯体Ｃ）に定着された金属拡張アンカー１０は、そのアンカーボルト１１の基端部がコンクリート躯体Ｃの表面から突出しており、ワッシャーＷを介してこの部分に螺合した固定ナットＮにより、固定対象物ＳのベースプレートＳａが締結されている。

【0016】

金属拡張アンカー１０は、基端部において固定対象物Ｓが支持固定されるアンカーボルト１１と、アンカーボルト１１の先端部をアンカー穴ＡＨの拡径部ＡＨａ（コンクリート躯体Ｃ）に定着させる定着機構部１２と、アンカー穴ＡＨの開口部ＡＨｂ側において、アンカーボルト１１をアンカー穴ＡＨに接着する接着剤１３と、を備えている。そして、アンカーボルト１１および定着機構部１２は、スチールやステンレススチール等で形成されている。

【0017】

アンカーボルト１１と定着機構部１２とは、コンクリート躯体Ｃに固定対象物Ｓを支持固定する金属拡張アンカー１０の本来のアンカー機能を有している。一方、アンカー穴ＡＨの開口部ＡＨｂ近傍において、アンカーボルト１１をアンカー穴ＡＨ（コンクリート躯体Ｃ）に接着する接着剤１３は、アンカーボルト１１に想定を越える荷重（許容引張り荷重を越える荷重）が作用したこと検知する、本実施形態特有の機能を有している（詳細は後述する。）。

【0018】

アンカーボルト１１は、全ネジボルトで構成されており、この全ネジボルトの径が金属拡張アンカー１０の呼び径となっている。本実施形態の金属拡張アンカー１０では、呼び径をＤとしたときに、埋込み深さ（拡径部ＡＨａ上端と開口部ＡＨｂとの間の長さ）を９Ｄとしており、アンカーボルト１１の長さは１４Ｄ程度となっている。なお、アンカーボルト１１は、基端部および先端部にのみ雄ネジを形成したものであってもよい。

【0019】

定着機構部１２は、アンカーボルト１１の先端部に螺合した拡開ナット２１と、アンカーボルト１１を囲繞するように配設された打込みスリーブ２２と、を有している。拡開ナット２１は、アンカーボルト１１に螺合する図示下半部のナット本体２４と、スリット２５ａにより４分割された図示上半部の拡開部２５と、で一体に形成されている。打込みスリーブ２２の先端部には、コーン部２６が形成されており、打込みスリーブ２２を打ち込むことにより拡開ナット２１の拡開部２５が径方向外方に拡開する。拡開した拡開部２５は、拡径部ＡＨａの周壁に向かって広がり、拡径部ＡＨａに定着される。そして、この拡開部２５と拡径部ＡＨａとの協働により、アンカーボルト１１がクサビ効果を発揮する。

【0020】

接着剤１３は、あと施工アンカーの接着系アンカーに用いるものが好ましく、本実施形態では、２液性のエポキシ樹脂接着剤が用いられている。接着剤１３は、アンカー穴ＡＨの開口部ＡＨｂ側において、アンカーボルト１１とアンカー穴ＡＨとの間隙に充填されている。開口部ＡＨｂの近傍において、打込みスリーブ２２の基端に突き当てるようにリング状のバックアップ材３１が装着されており、このバックアップ材３１により、接着剤１３の充填深さ（軸方向寸法）が調整されている。

【0021】

詳細は後述するが、本実施形態では、アンカー穴ＡＨの開口部ＡＨｂ側に充填した接着剤１３により、アンカーボルト１１に想定外の引張り荷重が作用したときに、コンクリート躯体Ｃにキノコ状破壊が生ずるようにしている。このためには、アンカーボルト１１の呼び径をＤとしたときに、接着剤１３の軸方向寸法が１Ｄ～３Ｄであることが好ましく、本実施形態のものでは、接着剤１３の軸方向寸法を１Ｄ程度としている。

【0022】

一方、キノコ状破壊は、接着系アンカーにおいて発生する特異な破壊現象である。接着系アンカーでは、その深い埋込み深さに起因して、コンクリート躯体Ｃのコーン状破壊ではなく、コンクリート躯体Ｃの表面が薄く剥がれるキノコ状破壊とその後のアンカーボルト１１の抜けという破壊形態となることがある。

【0023】

このキノコ状破壊は、アンカーボルト１１に大きな引張り荷重が作用したときに、その荷重は、深さ方向の全域において接着剤１３に作用するのではなく、アンカーボルト１１の伸びに起因して、躯体表面の浅い部分において接着剤１３に集中的に作用することによるものと考えられている。本実施形態は、金属拡張アンカー１０の完全破壊の前兆現象として、キノコ状破壊が生ずることに着目し、アンカーボルト１１に大きな引張り荷重が作用したときに、キノコ状破壊を生じさせ、金属拡張アンカー１０に生じた異常を検知せんとするものである。

【0024】

一方、この種の金属拡張アンカー１０（拡底アンカー）では、その引張り耐力が、アンカーボルト１１の降伏点強度を踏まえた引張り強度（耐力）に基づいて設計される。すなわち、降伏点強度に達する荷重がアンカーボルト１１に作用しても、アンカーボルト１１が破損するわけではないが、繰り返し大きな荷重が作用する場合（例えば振動）や、常時吊下げ荷重が作用する場合等では、適宜安全率を加味する必要がある。そこで、固定対象物Ｓ別に、降伏点強度の２０～１００％をアンカーボルト１１の引張り強度とし、これに基づいてアンカーボルト１１（金属拡張アンカー１０）の設計が為されることが好ましい。

【0025】

設計上用いられる引張り強度には、長期許容引張り強度（降伏点強度の２０～３０％程度）や短期許容引張り強度（降伏点強度の４０～５０％程度）がある。例えば、固定対象物Ｓが駆動部を有するもの、固定対象物Ｓが風圧や振動を受けるもの、或いは固定対象物Ｓを吊るものである場合には、長期許容引張り強度を考慮することが好ましい。また、固定対象物Ｓとの関係でアンカーボルト１１に金属疲労の可能性がある場合には、降伏点強度の２０％を引張り強度とすることが好ましい。

【0026】

本実施形態の金属拡張アンカー１０は、長期許容引張り強度を越える荷重、すなわち、長期許容引張り荷重（以下、単に「許容引張り荷重」という。）を越える荷重を、想定を越える荷重（想定外の荷重）としている。

【0027】

すなわち、本実施形態は、アンカーボルト１１に許容引張り荷重（許容引張り強度）を越える荷重が作用したときに、接着剤１３によって、アンカーボルト１１の周囲のコンクリート躯体Ｃにキノコ状破壊が生ずるようにしている。そして、この場合のキノコ状破壊は、アンカーボルト１１に抜けが生ずる前の現象であり、コンクリート躯体Ｃの表面に、アンカーボルト１１の略同心円のひび割れとして現れる。

【0028】

ここで、図２（ａ）および（ｂ）を参照して、アンカーボルト１１に許容引張り荷重を越える荷重が作用した場合について説明する。
アンカーボルト１１に許容引張り荷重を越える荷重が作用すると、固定ナットＮと拡開ナット２１との間において、アンカーボルト１１に伸びが生ずる。アンカーボルト１１が伸びると、接着剤１３にせん断力が作用するが、接着剤１３のアンカーボルト１１およびコンクリート躯体Ｃに対する接着力が勝って、コンクリート躯体Ｃにキノコ状破壊が生ずることとなる。

【0029】

キノコ状破壊は、アンカーボルト１１と同心上において、コンクリート躯体Ｃの表面がキノコ状に薄く剥がれるものであり（図２（ａ）参照）、コンクリート躯体Ｃその表面に略円形のひび割れとして現れる（図２（ｂ）参照）。実施形態のものでは、コンクリート躯体Ｃの表面において、ベースプレートＳａから外れたところにひび割れが視認され、アンカーボルト１１に許容引張り荷重を越える荷重が作用したことが、視覚を通じて確認される。

【0030】

以上のように、本実施形態によれば、アンカーボルト１１に許容引張り荷重を越える荷重が作用したときに、コンクリート躯体Ｃの表面にキノコ状破壊を生じるようにしているため、アンカーボルト１１に想定を越える引張り荷重が作用したことを、視覚を通じて検知（確認）することができる。これにより、想定を越える引張り荷重の原因を究明すると共に、金属拡張アンカー１０の再施工等を実施することとなる。

【0031】

なお、本実施形態の金属拡張アンカー１０は、いわゆるスリーブ打込み式のものあるが、本発明は、心棒打込み式や本体打込み式等の打込み方式の金属拡張アンカー、更には締付け方式の金属拡張アンカーにも適用可能である。

【符号の説明】

【0032】

１０…金属拡張アンカー、１１…アンカーボルト、１２…定着機構部、１３…接着剤、ＡＨ…アンカー穴、ＡＨｂ…開口部、Ｃ…コンクリート躯体、Ｓ…固定対象物、

【図1】

【図2】